CN117399630A - 一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法 - Google Patents
一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117399630A CN117399630A CN202311209150.9A CN202311209150A CN117399630A CN 117399630 A CN117399630 A CN 117399630A CN 202311209150 A CN202311209150 A CN 202311209150A CN 117399630 A CN117399630 A CN 117399630A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- scale
- layer
- coating layer
- aluminum alloy
- titanium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 86
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 35
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 15
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 11
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 11
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 claims description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 8
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 8
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 6
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 6
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 238000004513 sizing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 238000004018 waxing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
- B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
- B22F3/04—Compacting only by applying fluid pressure, e.g. by cold isostatic pressing [CIP]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/23—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明是一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，该方法以钛铝合金管作为骨架，该骨架的外表面与金属粉末形成包覆层，之后将带有包覆层的骨架按设计要求进行多维度搭建，最后通过真空热处理炉对搭建完成后的型坯的包覆层进行冶金固化，该冶金固化包括骨架的外表面与金属粉末之间的界面反应，得到多尺度、多层金属构件。
Description
技术领域
本发明是一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，属于复合材料成型技术领域。
背景技术
快速烧结具有定制微观结构和特性的高密度、复杂结构的陶瓷结构是当前国内外研究人员的主要研究方向，目前主要通过3D打印生产的复杂形状陶瓷的固结，用于多种材料系统，包括电陶瓷、光学材料、磁性材料、薄膜、催化(多孔)材料和生物医学材料，通过快速辐射传热控制致密化和限制晶粒生长，实现了高密度、细晶粒的微观结构。辐射辅助烧结技术方法可以在几分钟而不是几小时内成功地烧结基于光刻的增材制造氧化铝陶瓷。
但是，这种方法往往需要专业的3D打印设备，而且3D打印构件易出现孔洞裂纹等缺陷，且当内层金属结构出现问题，3D打印技术无法补救。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其目的是制备一种能够承受超高压的多尺度、多层金属构件，10～20个大气压，在具备成型结构及尺寸多样化的同时，要求该种多尺度、多层金属构件不允许存在焊缝等缺陷。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明提出的能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，该方法以钛铝合金管作为骨架，该骨架的外表面与金属粉末形成包覆层，之后将带有包覆层的骨架按设计要求进行多维度搭建，最后通过真空热处理炉对搭建完成后的型坯的包覆层进行冶金固化，该冶金固化包括骨架的外表面与金属粉末之间的界面反应，得到多尺度、多层金属构件。
在实施时，所述钛铝合金管的壁厚小于1mm。
在实施时，在钛铝合金管内灌装Ti+Al粉末混合物，Ti与Al的原子质量比1:1，质量与钛铝合金管相同。
在实施时，形成包覆层的金属粉末粒度为-300～-400目，纯度为99.99％。
在实施时，金属粉末形成的包覆层的定形采用冷等静压工艺。
在实施时，将金属粉末形成的包覆层置于真空热处理炉中进行预热，真空度为10-4Pa，预热温度为500-800℃，保温时间0.5-1h，然后在其外表面上蜡、上浆和淋沙，使包覆层的外表面具备一层硬质壳体以防止包覆层的金属粉末剥落。
在实施时，对搭建完成后的型坯进行冶金固化的工艺是将其置于真空热处理炉中进行加热，加热温度为1100-1400℃，保温保压2-3h。
在冶金固化过程中，在真空热处理炉中1100-1400℃的作用下，钛铝合金管外表面通过冷等静压获得的包覆层发生了物理反应(烧结)，自身结合力提高，同时，钛铝合金管内Ti+Al粉末混合物会发生热爆反应，钛铝合金管内壁受到了向外的正压力，钛铝合金管会发生轻微的塑性变形，此时，包覆层外表面的硬质壳体起到了抵消正压力的作用，确保钛铝合金管和包覆层产生界面反应，完成冶金固化。
在一种实施时，该成型方法的步骤如下：
步骤一、原材料准备
准备壁厚小于1mm的钛铝合金管；
准备形成包覆层的金属粉末粒度为-300～-400目，纯度为99.99％；
准备在钛铝合金管内灌装Ti+Al粉末混合物，Ti与Al的原子质量比1:1，质量与钛铝合金管相同；
步骤二、金属构件的单个组件的制备
将形成包覆层的金属粉末在真空环境中充分混合，利用冷等静压在钛铝合金管的外围制备包覆层，再将Ti+Al粉末混合物灌装进钛铝合金管内，将其整体置于真空热处理炉中进行预热，真空度为10-4Pa，预热温度为500-800℃，保温时间0.5-1h，然后在包覆层的外表面上蜡、上浆和淋沙，使包覆层的外表面具备一层硬质壳体以防止包覆层的金属粉末剥落，得到金属构件的单个组件；
步骤三、多尺度、多层金属构件的制备
重复步骤三，制备出全部的金属构件的单个组件，按多尺度、多层金属构件的设计构形方案，将金属构件的单个组件通过嵌套的方式组装在一起，包括内层和外层两部分，整个组装过程不使用焊接和其它任何硬连接方式，得到多尺度、多层金属构件的型坯；
步骤四、多尺度、多层金属构件的冶金固化
将搭建完成后的多尺度、多层金属构件的型坯置于真空热处理炉中进行加热，加热温度为1100-1400℃，保温保压2-3h，在上述条件下，钛铝合金管与包覆层的金属粉末之间发生界面反应；
步骤五、后处理
将冷却至室温的多尺度、多层金属构件的型坯去除外层的蜡膜、浆壳和沙，即得到多尺度、多层金属构件。
本发明技术方案的特点及有益效果为：
一、本发明方案针对的多尺度多层金属构件常用于需要多向承受超高压的深海环境中，在这样的环境下，此种多尺度多层金属构件不允许存在焊缝，每一层构件都具有中空的结构特征，每一层都需要一体成形，因此，本发明方案将冷等静压与铸造的方法相结合，实现了多尺度多层金属构件的构型；
二、在本发明方案实施过程中，作为金属构件，可以根据最终组织性能要求，调配冷等静压中粉末粒度及成分，操作灵活，冷等静压管件内置的薄壁管材，在铸造过程中起到了支撑作用，借助Ti粉和Al粉发生热爆反应产生的内部大气压强作用，与冷等静压管材融合在一起，节省了成本；
三、在本发明方案实施过程中，铸造后仅需去除管材表面的蜡膜和浆壳，无需对再进行其余操作，节省了工序。
四、在本发明方案实施过程中，为了抵消空心骨架固化过程中内层产生的高压，借助铸造的方式，在骨架外层包裹了一层硬质浆壳，固化过程中，在内外高压的双层作用下，保护了骨架外层粉末的结构完整性，而传统的热呀烧结无法做到这一点。
附图说明
图1是一种本发明所述多尺度、多层金属构件的示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
本实施例制备的多尺度、多层金属构件的结构如图1所示，该金属构件包括内层和外层两部分，且每一层的形状和尺寸均是不规则的，采用本发明所述制备方法的步骤是：
步骤一、原材料准备
准备壁厚小于1mm的钛铝合金管；
准备形成包覆层的金属粉末粒度为-300～-400目，纯度为99.99％；准备在钛铝合金管内灌装Ti+Al粉末混合物，Ti与Al的原子质量比1:1，质量与钛铝合金管相同；
步骤二、金属构件的单个组件的制备
将形成包覆层的金属粉末在真空环境中充分混合，利用冷等静压在钛铝合金管的外围制备包覆层，再将Ti+Al粉末混合物灌装进钛铝合金管内，将其整体置于真空热处理炉中进行预热，真空度为10-4Pa，预热温度为500-800℃，保温时间0.5-1h，然后在包覆层的外表面上蜡、上浆和淋沙，使包覆层的外表面具备一层硬质壳体以防止包覆层的金属粉末剥落，得到金属构件的单个组件；
步骤三、多尺度、多层金属构件的制备
重复步骤三，制备出全部的金属构件的单个组件，按多尺度、多层金属构件的设计构形方案，将金属构件的单个组件通过嵌套的方式组装在一起，包括内层和外层两部分，整个组装过程不使用焊接和其它任何硬连接方式，得到多尺度、多层金属构件的型坯；
步骤四、多尺度、多层金属构件的冶金固化
将搭建完成后的多尺度、多层金属构件的型坯置于真空热处理炉中进行加热，加热温度为1100-1400℃，保温保压2-3h，在上述条件下，钛铝合金管与包覆层的金属粉末之间发生界面反应；
步骤五、后处理
将冷却至室温的多尺度、多层金属构件的型坯去除外层的蜡膜、浆壳和沙，即得到多尺度、多层金属构件。
Claims (8)
1.一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其特征在于：该方法以钛铝合金管作为骨架，该骨架的外表面与金属粉末形成包覆层，之后将带有包覆层的骨架按设计要求进行多维度搭建，最后通过真空热处理炉对搭建完成后的型坯的包覆层进行冶金固化，该冶金固化包括骨架的外表面与金属粉末之间的界面反应，得到多尺度、多层金属构件。
2.根据权利要求1所述的能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其特征在于：所述钛铝合金管的壁厚小于1mm。
3.根据权利要求1或2所述的能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其特征在于：在钛铝合金管内灌装Ti+Al粉末混合物，Ti与Al的原子质量比1:1，质量与钛铝合金管相同。
4.根据权利要求1所述的能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其特征在于：形成包覆层的金属粉末粒度为-300～-400目，纯度为99.99％。
5.根据权利要求1所述的能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其特征在于：金属粉末形成的包覆层的定形采用冷等静压工艺。
6.根据权利要求1或5所述的能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其特征在于：将金属粉末形成的包覆层置于真空热处理炉中进行预热，真空度为10-4Pa，预热温度为500-800℃，保温时间0.5-1h，然后在其外表面上蜡、上浆和淋沙，使包覆层的外表面具备一层硬质壳体以防止包覆层的金属粉末剥落。
7.根据权利要求1所述的能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其特征在于：对搭建完成后的型坯进行冶金固化的工艺是将其置于真空热处理炉中进行加热，真空度为2-3Pa，加热温度为1100-1400℃，保温保压2-3h。
8.根据权利要求1所述的能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法，其特征在于：该成型方法的步骤如下：
步骤一、原材料准备
准备壁厚小于1mm的钛铝合金管；
准备形成包覆层的金属粉末粒度为-300～-400目，纯度为99.99％；准备在钛铝合金管内灌装Ti+Al粉末混合物，Ti与Al的原子质量比1:1，质量与钛铝合金管相同；
步骤二、金属构件的单个组件的制备
将形成包覆层的金属粉末在真空环境中充分混合，利用冷等静压在钛铝合金管的外围制备包覆层，再将Ti+Al粉末混合物灌装进钛铝合金管内，将其整体置于真空热处理炉中进行预热，真空度为10-4Pa，预热温度为500-800℃，保温时间0.5-1h，然后在包覆层的外表面上蜡、上浆和淋沙，使包覆层的外表面具备一层硬质壳体以防止包覆层的金属粉末剥落，得到金属构件的单个组件；
步骤三、多尺度、多层金属构件的制备
重复步骤三，制备出全部的金属构件的单个组件，按多尺度、多层金属构件的设计构形方案，将金属构件的单个组件通过嵌套的方式组装在一起，包括内层和外层两部分，整个组装过程不使用焊接和其它任何硬连接方式，得到多尺度、多层金属构件的型坯；
步骤四、多尺度、多层金属构件的冶金固化
将搭建完成后的多尺度、多层金属构件的型坯置于真空热处理炉中进行加热，加热温度为1100-1400℃，保温保压2-3h，在上述条件下，钛铝合金管与包覆层的金属粉末之间发生界面反应；
步骤五、后处理
将冷却至室温的多尺度、多层金属构件的型坯去除外层的蜡膜、浆壳和沙，即得到多尺度、多层金属构件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311209150.9A CN117399630A (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311209150.9A CN117399630A (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117399630A true CN117399630A (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=89497019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311209150.9A Pending CN117399630A (zh) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | 一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117399630A (zh) |
-
2023
- 2023-09-19 CN CN202311209150.9A patent/CN117399630A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11904391B2 (en) | Additive manufacturing of articles comprising beryllium | |
| CN110369709B (zh) | 一种镁/铝多层复合材料及其制备方法 | |
| CN110983264B (zh) | 一种高密度细晶粒易成型的w靶材的制备方法 | |
| US11648706B2 (en) | Selective sinter-based fabrication of fully dense complexing shaped parts | |
| CN105328186A (zh) | 一种基于激光3d打印形成的铝基原位复合材料及其制备方法 | |
| CN109692943B (zh) | 一种真空压力浸渗正压法制备SiC3D/Al复合材料的方法 | |
| CN113953512B (zh) | 一种大长径比深孔薄壁钨合金壳体及其热等静压制备方法 | |
| CN111285677A (zh) | 一种高致密叠层复合件的制备方法 | |
| CN104628393A (zh) | 一种高性能陶瓷的制备方法 | |
| CN103586468B (zh) | 一种TiAl合金粉末近净成型的方法 | |
| CN114752818B (zh) | 一种钛合金点阵结构增韧纳米结构铝合金复合材料及其制备方法 | |
| CN104174848A (zh) | 一种钛合金汽车连轴杆的粉末热等静压成型方法 | |
| CN101429045B (zh) | 醋酸锆粘结氧化钇模壳及其制备方法 | |
| JPH06506187A (ja) | セラミック体の製造法 | |
| CN107746280B (zh) | 一种高致密度TiB2陶瓷靶材的制备方法 | |
| CN101532776A (zh) | 一种具有y2o3抗侵蚀涂层坩埚及其采用滚浆成型工艺制y2o3抗侵蚀涂层的方法 | |
| CN117399630A (zh) | 一种能够实现多尺度、多层金属构件的成型方法 | |
| CN110386823B (zh) | 基于选择性激光烧结陶瓷基复杂结构件的制备方法 | |
| CN115745620B (zh) | 一种高致密度氮化钛陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN114367663B (zh) | 一种全致密复杂形状钛合金薄壁零部件的制备方法 | |
| CN109794608B (zh) | 一种控形控性型芯在热等静压近净成形中的应用 | |
| CN110918976B (zh) | 一种NiAl基合金构件的成形方法 | |
| CN111687409B (zh) | 一种钛及钛合金近净成形方法及后续烧结工艺 | |
| CN113664199A (zh) | 航空发动机涡轮叶片热等静压近净成型方法 | |
| CN115612881A (zh) | 一种多孔镁合金的成形方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |